Ohne Erhitzung: Bakterium verwandelt Sand in gebrauchsfähigen Zement

Ein Bakterium, das zwischen Sandkörnern wächst und dort unter geeigneten Bedingungen Calciumcarbonat bildet – denselben Stoff, der in Kreide, Muschelschalen und Kalkstein für stabile Strukturen sorgt: Forscher der ETH Zürich umgehen mit den fleißigen Sporosarcina pasteurii das übliche Herstellungsverfahren für gebrauchsfähigen Zement. Damit erübrigt sich die sonst notwendige Erhitzung mitsamt den hohen CO2-Emissionen.

Zwei verschiedene Wege der Biocementation

Die sogenannte Biocementation ist natürlich nicht frisch vom Himmel gefallen. In der Praxis wird sie bereits eingesetzt, um Böden zu stabilisieren und Betonrisse zu reparieren. Neu ist aber der interessante Ansatz, auf einfachem Weg, ohne besonderen Energieeinsatz, ein hochwertiges architektonisches Baumaterial zu produzieren. Ihr Ziel erreichten die Forscher sogar auf zwei verschiedenen Wegen. Einmal, indem sie eine gelartige „biologische Tinte“ herstellten, die aus Sand, Wasser, lebenden Bakterien und chemischen Zusätzen besteht. Dieses Material brachten sie per 3D-Druck in feste Form, um anschließend alle gedruckten Objekte drei Tage lang in Calciumchlorid und Harnstoff zu baden. In diesem Milieu verfestigten die Bakterien den Sand durch Bildung von Kristallen. Zwei Tage Trocknung bei Raumtemperatur brauchte es danach noch, um nach insgesamt fünf Tagen fertige Produkte zu haben.

Sprühverfahren vollständig automatisierbar

Im zweiten Verfahren sprühte ein Roboterarm einen Mix aus Bakterien und Sand schichtweise auf eine Oberfläche. Während es Sprühens bildete sich bereits fortlaufend das gewünschte Calciumcarbonat: ein vollständig automatisierbares System, das im Labortest sechs Monate lang ununterbrochen funktionierte.

Welche Methode sich am besten eignet, hängt vom erwünschten Ziel ab. Komplexe Bauelemente lassen sich am besten drucken, während das Sprühverfahren wie geschaffen für die Flächenbearbeitung ist. Aktuell entsteht beim Bad noch giftiges Ammonium, das unbedingt neutralisiert werden muss. Die Materialfestigkeit ähnelt dem Mörtel, reicht aber nicht an tragenden Beton heran. Die Forschungen laufen weiter, zum Beispiel bezüglich der Frage, welchen Einfluss die Größe der Sandkörner hat.